DE2017180A1

DE2017180A1 - Honverfahren sowie Maschine zur Durchfuhrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2017180A1
Application number: DE19702017180
Authority: DE
Inventors: Myron Pherando Royal Oak Gavasso Richard Joseph Detroit Mich E/lis (V St A ) B24b
Original assignee: Micromatic Hone Corp , Detroit, Mich (VStA)
Priority date: 1969-07-01
Filing date: 1970-04-10
Publication date: 1971-01-14
Also published as: US3616289A; CA955196A; GB1269194A; JPS4914515B1; FR2056431A5

Description

OR.-INO. Ρΐη,.'Νβ, M. <%t. ΡΙΟ'..-PHVS. OR. OIPL.-PHV3.

HÖGER - STELLRECHT- GRIESSBACH -HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART ΟΠί^ΙΟΠ

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Micromatic Hone Corporation Detroit, Michigan /USA

Honverfahren sowie Maschine zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Honen metallischer Werkstückoberflächen unter Verwendung eines Honwerkzeugs, welches ein metallisches Teilstück sowie mindestens einen Schleifkörper aufweist j der einstellbar über das metallische Honwerkzeugteilstück vorsteht, wobei mit dem Schleifkörper die Werkstückoberfläche mechanisch bearbeitet wird; die Erfindung betrifft überdies eine Honmaschine zur Durchführung des genannten Verfahrens mit einem Honwerkzeug, das einen

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elektrisch leitenden Werkzeugkörper sowie mindestens einen Schleifkörper aufweist, der im Werkzeugkörper in Richtung auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche einstellbar verschiebbar ist, wobei die Werkstückoberfläche koaxial zur Werkzeugkörperlängsachse, gehalten ist.

Es ist bereits bekannt, zur gleichen Zeit eine Plattierung und eine Glättung oder Polierung durchzuführen. Dabei wird die Materialoberfläche im selben Augenblick poliert oder geglättet, in dem auch-eine Plattierlösung auf sie einwirkt, wobei die Lösung die ganze Oberfläche bedeckt, Gleichzeitiges Glätten oder Polieren und Plattieren wird auch dadurch erzielt, dass das Werkstück in eine Plattierlösung eingetaucht wird.

Aufgabe der Erfindung ist nun, den vorgenannten Stand der Technik dahingehend zu verbessern, dass statt des Glättens und Polierens ein eine massgenaue Fertigung garantierendes Verfahren in Verbindung mit Plattierung und elektrolytischer Bearbeitung gefunden wird.

Diese Aufgabe wird - ausgehend von einem Verfahren und einer Honmaschine der eingangs erwähnten Art - gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass das metallische Honwerkzeugteiistück im Abstand von der Werkstückoberfläche gehalten wird, dass in den Spalt zwischen diesen beiden Teilen ein Elektrolyt eingeleitet und durch diesen ein elektrischer Gleichstrom zwischen dem Honwerkzeugteiistück und der Werkstückoberfläche erzeugt wird, und zwar zunächst vom Werkstück zum Honwerkzeugteiistück und dann in umgekehrter Sichtung; bei einer oben genannten Honmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens wird die Aufgabe gemäss der vorliegenden Er-

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findung dadurch gelöst, dass eine Gleichstromquelle an den Werkzeugkörper und die Werkstückoberfläche wahlweise in beiderlei Polung anschliessbar ist, und dass ferner eine Elektrolytzufuhrvorrichtuhg zum Einleiten eines Elektrolyten in den Spalt zwischen Werkstückoberfläche und Werkzeugkörper vorgesehen ist.

Durch die erfindungsgemässe Kombination einer elektrolytischen Werkstückbearbeitung und vorzugsweise gleichzeitigen mechanischen Abtragung durch Honen vermittels eines Schleifkörpers wird ausser der Lösung der gestellten Aufgabe der Vorteil erzielt, dass eine sehr wirksame Reinigung mittels elektrolytischer und mechanischer Abtragung von der Werkstückoberfläche erzielt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist der, dass bei einem nun folgenden Plattierüngsprozess ein gleichzeitiges, vorzugeweise mit vermindertem Anpressdruck durchgeführtes Honen zu einer Korrektur geometrischer Formfehler, einer Reinerhaltung der Werkstückoberfläche sowie einer Verbesserung der Konstruktur des plattierten Werkstoffs führt. Vorteilhafterweise kann dem Plattierprozess ein reiner mechanischer Honvorgang vermittels des Schleifkörpers bei wachsendem Anpressdruck zwischen Schleifkörper und Werkstückoberfläche folgen. Gemäss der Erfindung werden die Vorteile einer Oberflächenreinigung mittels, elektrochemischem Honen, einer hohen Metallniederschlagsgeschwindigkeit infolge hoher elektrischer Ströme bei der Elektroplattierung sowie der geometrisch sehr genauen Abtragung durch mechanisches Honen miteinander vereinigt. Auf diese Weise erübrigt sich eine Ätzung der zu plattierenden Oberflächen mittels einer Säure und/oder eine Maskierung der benachbarten, nicht zu plattierenden Oberflächen, da sich die Metallniederschläge nur an den Teilen der Werkstückoberfläche bilden, die sich in nächster Nachbarschaft der Elektrode befinden. Als Elektrode dient vorzugsweise das Honwerkzeug selbst.

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Zweckmässigerv/eise wird vermittels des Elektrolyten bei Anliegen eines vom Werkstück zum Honwerkzeugteilstück fliessenden Stroms die Werkstücksoberfläche gereinigt und abgetragen sowie bei Anliegen eines .mgekehrt gerichteten Stroms die Werkstückoberfläche plattiert, wobei eine Metallionenwanderung in beiderlei Richtung vorzugsweise zwischen der Werkstückoberfläche und der elektrolytischen Lösung bzw. Plat-

tierlösung stattfindet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der _fc Elektrolyt für beide Stromrichtungen derselbe. Jedoch können ™ sich auch Vorrichtungen als zweckmässig erweisen, durch welche eine wahlweise Zuführung verschiedener Elektrolytflüssigkeiten in den Spalt zwischen Werkstückoberfläche und · Werkzeugkörper möglich ist. Die Reversierung der Stromrichtung zwischen Elektroreinigung und Elektroplattierung wird zweckmässigerweise durch Polwendeschalter bewerkstelligt.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung können den beigefügten Ansprüchen und/oder der folgenden Beschreibung entnommen werden, die der Erläuterung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung dient. Es zeigen:

Pig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemässen Honmaschine;

Pig. 2 ein Werkzeugteil der Maschine der Pig.1, durch welches das erfindungsgemässe Verfahren an einem Werkstück durchgeführt wird;

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Pig. 3 den Vorgang des elektrochemischen Reinigens bei- gleichzeitigen? mechanischem'Honen? ·

Pig. 4 den "Vorgang des Eiektroplattierens bei gleichzeitigem mechanischem Honen und

Pig. 5 den reinen mechanischen Honvorgang ohne zusätzliche elektrochemische Bearbeitung des Werkstücks. .

Pig. 1 zeigt eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung in Porm einer Honmaschine, welche auf einem Hohlträger 10 ruht. Eine Tauchspindeleinheit 12 führt als wichtigstes Arbeitsseil eine Tauchspindel 13 nach unten. Am unteren Ende der Tauchspindel 13 ist ein elektrisch leitendes Honwerkzeugteil 14 befestigt. Das sich ebenfalls nach unten erstrekkende Teil 14 ist in ein Werkstück 16 zu dessen Bearbeitung eingeführt. Die Honmaschine enthält Vorrichtungen zur Rotation und Auf- und Abbewegung des Werkzeugteils 14, wobei die Bewegung relativ zum Werkstück 16 in einer Weise verläuft, wie dies im folgenden beschrieben wird. Das Werkstück ist in dem Ausführungsbeispiel der Pig.1 als ein Zahnrad dargestellt; es wird durch einen Werkstückhalter 17 innerhalb eines Werkstückgehäuses 15 gehalten. Letztereskann aus einem transparenten Werkstoff bestehen. Das Honwerkzeugteil 14 ist so ausgebildet und mit solchen Vorrichtungen versehen, dass zwischen ihm und dem Werkstück ein bestimmter Spalt frei bleibt. Dies geschieht nach einer Art, wie sie im US-Patent 3 390 068 der Anmelderin beschrieben wirdi Wie später im einzelnen beschrieben wird, wird eine Elektrolyt-Lösung, insbesondere eine Plattierlösung in den Spalt zwischen dem Werkstück und dem Werkzeugteil 14 eingefüllt, wodurch die Werkstücksoberfläche, im Falle der Pig.1.die Innenfläche des Zahnrads, bei Anlegen eine? Gleichströme zwischen dem Werzeugteil und dem Werkstück 16 gleichzeitig während dee cmeha-

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nischen Honvorgangs elektrolytisch bearbeitet werfen kann.

■ Die Tauchspindeleinheit 12 kann zur vertikalen Auf- und Ab- · bewegung in Führungen 18a und 18b bewegt werden. Dies geschieht vermittels über die Führungen 18a, 18b greifender Führungshülsen 20a, 20b, wobei sich zwischen letzteren ein Grehäuse/befindet, welches die nach unten weisende Tauchspindel 13 hält.

Die Tauchspindeleinheit 12 kann über ein Paar nicht gezeichneter Hydraulikzylinder entsprechend dem Honprozess auf- und abwärts bewegt werden. Dies wird im US-Patent 3 390 068 ebenfalls beschrieben. Eine zugehörige Steuerung zeigt die Fig.51 * dieser Patentschrift.

Die erfindungsgemässe Honmaschine dient erstrangig zum Honen. Vorzugsweise über gleichrichtende Bauteile wird ein Gleichstrom oder ein pulsierender Gleichstrom erzeugt, vermittels dem elektrolytische Reinigungs- und Plattierungsverfahren zusätzlich zum mechanischen Honprozess durchgeführt werden können. Gemäss Fig.2 wird eine Elektrolyt-Lösung 24 vermittels einer Pumpe in den zwischen dem Werkstück 16 und dem Werkzeugteil 14 befindlichen Spalt eingebracht. Liegt am Werkstück 16 eine positive und am Werkzeugteil 14 eine negative Spannung, erfolgt eine Metallionenwanderung von der Werkstückoberfläche in den Elektrolyt hinein. In diesem Fall wird das Werkstück oberflächlich abgetragen und gereinigt. Bei umgekehrt polarisiertem Strom jedoch erfolgt eine elektrochemische Plattierung der Werkstückoberfläche, welche in Fig.2 durch das Bezugszeichen 23 dargestellt wird.

Im folgenden wird ein typischer Zyklus des erfindungsgemässen Verfahrens beschrieben.

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1. In einem ersten kurzen Verfahrensschritt wird ungefähr

10 Sekunden lang Werkstoff abtragen, wobei die Werkstück-Oberfläche 23 durch elektrochemisches Honen gemäss dem obenerwähnten US-Patent gereinigt wird. Das Werkzeugteil 14 liegt entsprechend auf einer negativen, das Werkstück 16 auf einer positiven Spannung. Fig.3 zeigt diesen Verfahrensschritt. Das Werkzeug ist so gespreizt, dass Honsteine 22 des Werkzeugs das Werkstück 16 zusätzlich abziehen. Durch den Spalt zwischen Werkstück 16 und Werkzeugteil 14 fliesst Elektrolyt-Lösung bzw. Plattierlösung 24.

2. Der nach Ende des ersten Verfahrensschritts beginnende zweite Verfahrensschritt ist durch eine Stromumkehrung gekennzeichnet, welche nunmehr eine Wanderung der Metallionen aus der Elektrolyt-Losung 24 an die zu bearbeitende Oberfläche 23 des Werkstücks 16 verursacht. Das Werkstück ¹6 liegt also an negativer, das Werkzeugteil 14 an positiver Spannung. Der Anpreßdruck zwischen Honsteinen 22 und der Oberfläche 23 des Werkstücks 16 ist verringert.· Entsprechend erfolgt an der Oberfläche eine Metallplattierung, deren Geschwindigkeit von der verwendeten Elektrolyt-Lösung 24, der Stromdichte und in bestimmten Fällen auch der Temperatur der Elektrolyt-Lösung 24 abhängt. Der Anpressdruck der Honsteine wird deshalb gering gehalten, weil diese vorzugsweise nur einen rauhen Oberflächenbelag verhindern sowie eine Verbesserung der Kfrnstruktur des plattierten Metalls und die Einhaltung genauer geometrischer Abmessungen während dieses Verfahrensschritts bewirken sollen.

3. Ist die Werkstückoberfläche, im Falle der Fig.1 die Bohrung des Zahnrads, auf das gewünschte Mass plattiert, schaltet man den Strom ab, erhöht den Anpressdruck der

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Honsteine und vollführt einen Honvorgang durch Abarbeitung mittels der Honsteine auf das gewünschte Endmass. Dieser Verfahrensschritt ist somit durch die blosse mechanische Abtragung der zu bearbeitenden Oberfläche 23 des Werkstücks 16 gekennzeichnet. Die Fig.5 zeigt diesen Verfahrensschritt, dem der zweite Verfahrensschritt des elektrolytisches durch Honen unterstützten Plattierverfahrens gemäss Pig.4 voranging.

Durch eine solche Plattierung auf die Werkstückoberfläche kann eine Metallschicht beliebiger Dicke aufgetragen werden, da durch das gleichzeitige leichte Honen die Werkstückoberfläche sauber und glatt- gehalten wird. Eine Beendigung des Plattierens kann durch eine vorbestimmte Zeitgebung oder eine Messautomatik erfolgen, bei welcher mit Messabfühlung und entsprechender Prozessteuerung gearbeitet wird.

Plattiertes Material	Plattiergeschwindigkeit zur Erzielung einer Dicke von 25 min (0.001"):
Kupfer	1 min
Bronze	2 min
Kobalt	2 - 1/2 min
Nickel	2 min
Zinn	1/2 min

In Fig.2 wird überdies dargestellt, wie der Anpressdruck der Honsteine durch eine Bewegung eines Konus 30 verändert werden kann. Letzterer ist mit einer Stange 31 starr verbunden, beide sind im Werkzeugteil H verschiebbar gelagert.

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Das andere Ende der Stange 31 führt.zu einem Kolben 33 in einem Zylinder 35» welcher über hydraulische Druckleitun- ^r gen 37, 39 Druckmittel auf die Ober- oder IJnterflache des Kolbens 33 zu bringen erlaubt. Bei Überdruck auf die Oberfläche des Kolbens 33 wird somit der Konus 30 nach unten geführt, wodurch ein hoher Anpressdruck entsteht; bei Überdruck auf die Unterfläche des Kolbens 33 wird umgekehrt der Anpressdruck verringert. Die Bewegung des Werkzeugteils H, welche eine Auf-, Ab- und Drehbewegung sein sollte, wird durch bekannte Vorrichtungen ausgelöst, wie sie beispielsweise in dem obenerwähnten Patent erwähnt werden.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind Abänderungen vom gezeigten Ausführungsbeispiel möglich. So kann sich der erfindungsgemässe Gedanke ebenso auf die Bearbeitung von Oberflächen erstrecken, welche eben oder nach aussen gewandt sind, wie beispielsweise bei zylindrischen oder sphärischen Körpern. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung könnten Vorrichtungen zur wahlweisen Zuführung verschiedener Elektrolytflüssigkeiten vorgesehen sein, welche gleichzeitig oder zeitlich nacheinander in den oder die Spalte zwischen Werkstückoberfläche und Werkstückkörper geführt werden.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Honen metallischer Werkstückoberflächen unter Verwendung eines Honwerkzeugs, welches ein metallisches Teilstück sowie mindestens einen Schleifkörper aufweist, der einstellbar über das metallische Honwerkzeugteilstück vorsteht, wobei mit dem Schleifkörper die Werkstückoberfläche mechanisch bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Honwerkzeugteilstück im Abstand von der Werkstückoberflache gehalten wird, dass in den Spalt zwischen diesen beiden Teilen ein Elektrolyt eingeleitet und durch diesen ein elektrischer Gleichstrom' zwischen dem Honwerkzeugteilstück und der Werkstückoberfläche erzeugt wird, und zwar zunächst vom . Werkstück zum Honwerkzeugteilstück und dann in umgekehrter Richtung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Plattierung der Werkstückoberfläche durch den vom Honwerkzeugteilstück zum Werkstück fliessenden Strom vorzugsweise mit niederem Anpressdruck mechanisch gehont wird, um die Oberfläche zu reinigen, die KornStruktur des plattierten Metalls zu verbessern und um die gewünschte Werkstückgeometrie zu erzielen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, * dass nach Abschalten des Gleichstrqms bei höherem Anpressdruck des Schleifkörpers rein mechanisch gehont wird.

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4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der elektrolytischen Abtragung der Werkstückoberfläche mechanisch gehont wird.

5. "Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der elektrolytischen Bearbeitung rein mechanisch gehont wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattieren bei Erreichen einer bestimmten Dicke der plattierten Schicht und/ oder einer gewünschten Abmessung der Werkstücksoberfläche beendet wird.

7. Honmaschine zur Durchführung des-Verfahrens nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, mit einem Honwerkzeug, das einen elektrisch leitenden Werkzeugkörper sowie mindestens einen Schleifkörper aufweist, der im Werkzeugkörper in Richtung auf die zu bearbeitende Werkstückoberflache , einstellbar verschiebbar ist, wobei die Werkstückoberfläche koaxial zur Werkzeugkörperlängsachse gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gleichstromquelle an den Y/erkzeugkörper und die Werkstückoberflache wahlweise in beiderlei^ Polung anschliessbar ist, und dass ferner eine Elektrolyt-Zufuhrvorrichtung zum Einleiten eines Elektrolyten in den Spalt zwischen Werkstückoberfläche und Werkzeugkörper vorgesehen ist. ·'-' ■'·'

8. Honmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endschalter zur Abschaltung des Gleichstroms bei Erreichen einer gewünschten Abmessung der Werkstückoberfläche vorgesehen i'st.

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9« Honmaschine nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch Abstandshalter zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Abstands zwischen Honwerkzeug und Werkstückoberfläche.

10. Honmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch Schalter zum Anlegen positiver Spannung der Gleichstromquelle an das Werkstück (16) und negativer Spannung an den Werkzeugkörper (14) während des elektrolytischen Reinigens, sowie, zum Anlegen negativer Spannung an das Werkstück (16) und positiver Spannung an den Werkzeugkörper (14) während des elektrolytischen Plattierens.

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